基于模型和仿真的涡轮控制

摘要

本发明涉及基于模型和仿真的涡轮控制。一种系统包括构造成对燃气涡轮系统的涡轮系统运行行为建模的燃气涡轮系统模型，以及轴贡献模型(SCM)，轴贡献模型(SCM)包括构造成对及底循环系统的及底循环行为建模的及底循环性能(BCP)模型。燃气涡轮系统模型构造成接收来自SCM的SCM输出，以及使用SCM输出来控制促动器。促动器操作性地联接到燃气涡轮系统上。

权利要求

1.一种涡轮控制系统，包括：

构造成对燃气涡轮系统的涡轮系统运行行为建模的燃气涡轮系统模型；以及轴贡献模型(SCM)，其包括构造成对及底循环系统的及底循环行为建模的及底循环性能(BCP)模型，其中，所述燃气涡轮系统模型构造成接收来自所述SCM的SCM输出，以及使用所述SCM输出来控制促动器，以及其中，所述促动器操作性地联接到所述燃气涡轮系统上。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃气涡轮系统模型构造成接收来自设置在发电机中的发电机传感器的传感器输出，以及使用所述传感器输出来获得促动器输出。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述燃气涡轮系统模型构造成组合所述SCM输出和所述传感器输出，以获得估计燃气涡轮系统功率输出，以及使用所述估计燃气涡轮系统功率输出来获得所述促动器输出。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述BCP模型构造成接收燃气涡轮系统模型输出，以调节所述及底循环系统的所述及底循环行为的所述BCP模型。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃气涡轮系统模型构造成对接收自所述燃气涡轮系统的传感器数据应用卡尔曼滤波器，以调节所述涡轮系统运行行为的所述燃气涡轮系统模型。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述BCP模型构造成对接收自所述及底循环系统的传感器数据应用卡尔曼滤波器，以调节所述及底循环行为的所述BCP模型。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述SCM包括构造成对负载的负载行为建模的负载模型，以及其中，所述负载构造成以机械的方式联接到所述燃气涡轮系统上。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述SCM输出包括估计轴负载。

9.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，包括具有所述燃气涡轮系统模型和所述及底循环性能模型的控制器，以及其中，所述控制器构造成使用所述促动器输出来促动促动器，以及其中，所述促动器构造成控制通入所述燃气涡轮系统中的燃料流。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括具有所述燃气涡轮系统的整体气化联合循环(IGCC)装置。

11.一种方法，包括：

接收涡轮运行参数；

接收发电机运行参数；

基于所述涡轮运行参数和所述发电机运行参数来对至少一个燃气涡轮运行边界建模；

对一个或多个轴贡献运行边界建模；

基于所述至少一个燃气涡轮运行边界来促动涡轮系统促动器。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，包括接收另一个轴输出参数，以及基于所述涡轮运行参数、所述发电机运行参数和其它轴输出参数，来对所述至少一个燃气涡轮运行边界建模。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述其它轴输出参数包括及底循环系统参数、另一个负载参数或它们的组合。

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述接收发电机运行参数包括使用发电机传感器来接收发电机传感器输出。

15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述对所述至少一个燃气涡轮运行边界建模包括对所述涡轮运行参数、所述发电机运行参数或它们的组合应用卡尔曼滤波器。

16.一种非暂时性计算机可读介质，其上存储有计算机可执行代码，所述代码包括用于进行下者的指令：接收涡轮运行参数；

接收发电机运行参数；

基于所述涡轮运行参数和所述发电机运行参数来对至少一个燃气涡轮运行边界建模；

对一个或多个轴贡献运行边界建模；

基于所述至少一个燃气涡轮运行边界来促动涡轮系统促动器。

17.根据权利要求16所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，所述代码包括用于进行下者的指令：接收轴输出参数，以及基于所述涡轮运行参数、所述发电机运行参数和所述轴输出参数来对所述至少一个燃气涡轮运行边界建模。

18.根据权利要求16所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，所述代码包括用于进行下者的指令：对接收自燃气涡轮系统的传感器数据应用卡尔曼滤波器，以调节燃气涡轮系统运行行为的模型。

19.根据权利要求16所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，用于接收所述发电机运行参数的指令包括用于使用发电机传感器来接收所述发电机运行参数的指令，其中，所述发电机传感器设置在发电机中。

20.根据权利要求16所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，用于对所述至少一个燃气涡轮运行边界建模的指令包括用于对所述涡轮运行参数、所述发电机运行参数或它们的组合应用卡尔曼滤波器的指令。

说明书

基于模型和仿真的涡轮控制

技术领域

[0001] 本文公开的主题涉及工业控制系统，并且更特别地，涉及基于模型和仿真的涡轮控制系统。

背景技术

[0002] 诸如工业控制系统的某些系统可提供使得能够控制和分析涡轮系统的可能性。例如，工业控制系统可包括控制器、现场装置，以及存储用于控制涡轮系统的数据的传感器。某些工业控制系统可使用建模和仿真系统来增强工业控制系统。改进建模和/或仿真系统将是有益的。

发明内容

[0003] 下面对在范围上与原本声明的发明相当的某些实施例进行概述。这些实施例不意于限制声明的发明的范围，而是相反，这些实施例仅意于提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包括可能类似于或异于下面所论述的实施例的多种形式。

[0004] 在第一实施例中，一种系统包括构造成对燃气涡轮系统的涡轮系统运行行为建模的燃气涡轮系统模型，以及轴贡献模型(SCM)，轴贡献模型(SCM)包括构造成对及底循环系统的及底循环行为建模的及底循环性能(BCP)模型。燃气涡轮系统模型构造成接收来自SCM的SCM输出，以及使用SCM输出来控制促动器。促动器操作性地联接到燃气涡轮系统上。

[0005] 在第二实施例中，一种方法包括接收涡轮运行参数，接收发电机运行参数，基于涡轮运行参数和发电机运行参数来对至少一个燃气涡轮运行边界建模，以及基于至少一个燃气涡轮运行边界来促动涡轮系统促动器。

[0006] 在第三实施例中，提供一种非暂时性的有形计算机可读介质，其上存储有计算机可执行代码。代码包括用于进行下者的指令：接收涡轮运行参数；接收发电机运行参数；基于涡轮运行参数和发电机运行参数来对至少一个燃气涡轮运行边界建模；以及基于至少一个燃气涡轮运行边界来促动涡轮系统促动器。

[0007] 一种系统，包括：

[0008] 构造成对燃气涡轮系统的涡轮系统运行行为建模的燃气涡轮系统模型；以及[0009] 轴贡献模型(SCM)，其包括构造成对及底循环系统的及底循环行为建模的及底循环性能(BCP)模型，其中，所述燃气涡轮系统模型构造成接收来自所述SCM的SCM输出，以及使用所述SCM输出来控制促动器，以及其中，所述促动器操作性地联接到所述燃气涡轮系统上。

[0010] 在另一个实施例中，所述燃气涡轮系统模型构造成接收来自设置在发电机中的发电机传感器的传感器输出，以及使用所述传感器输出来获得所述促动器输出。

[0011] 在另一个实施例中，所述燃气涡轮系统模型构造成组合所述SCM输出和所述传感器输出，以获得估计燃气涡轮系统功率输出，以及使用所述估计燃气涡轮系统功率输出来获得所述促动器输出。

[0012] 在另一个实施例中，所述BCP模型构造成接收燃气涡轮系统模型输出，以调节所述及底循环系统的所述及底循环行为的所述BCP模型。

[0013] 在另一个实施例中，所述燃气涡轮系统模型构造成对接收自所述燃气涡轮系统的传感器数据应用卡尔曼滤波器，以调节所述涡轮系统运行行为的所述燃气涡轮系统模型。

[0014] 在另一个实施例中，所述BCP模型构造成对接收自所述及底循环系统的传感器数据应用卡尔曼滤波器，以调节所述及底循环行为的所述BCP模型。

[0015] 在另一个实施例中，所述SCM包括构造成对负载的负载行为建模的负载模型，以及其中，所述负载构造成以机械的方式联接到所述燃气涡轮系统上。

[0016] 在另一个实施例中，所述SCM输出包括估计轴负载。

[0017] 在另一个实施例中，包括具有所述燃气涡轮系统模型和所述及底循环性能模型的控制器，以及其中，所述控制器构造成使用所述促动器输出来促动促动器，以及其中，所述促动器构造成控制通入所述燃气涡轮系统中的燃料流。

[0018] 在另一个实施例中，包括具有所述燃气涡轮系统的整体气化联合循环(IGCC)装置。

[0019] 一种方法，包括：

[0020] 接收涡轮运行参数；

[0021] 接收发电机运行参数；

[0022] 基于所述涡轮运行参数和所述发电机运行参数来对至少一个燃气涡轮运行边界建模；

[0023] 基于所述至少一个燃气涡轮运行边界来促动涡轮系统促动器。

[0024] 在另一个实施例中，包括接收另一个轴输出参数，以及基于所述涡轮运行参数、所述发电机运行参数和其它轴输出参数，来对所述至少一个燃气涡轮运行边界建模。

[0025] 在另一个实施例中，所述其它轴输出参数包括及底循环系统参数、另一个负载参数或它们的组合。

[0026] 在另一个实施例中，所述接收所述发电机运行参数包括使用发电机传感器来接收发电机传感器输出。

[0027] 在另一个实施例中，所述对所述至少一个燃气涡轮运行边界建模包括对所述涡轮系统运行参数、所述发电机运行参数或它们的组合应用卡尔曼滤波器。

[0028] 一种非暂时性计算机可读介质，其上存储有计算机可执行代码，所述代码包括用于进行下者的指令：

[0029] 接收涡轮运行参数；

[0030] 接收发电机运行参数；

[0031] 基于所述涡轮运行参数和所述发电机运行参数来对至少一个燃气涡轮运行边界建模；

[0032] 基于所述至少一个燃气涡轮运行边界来促动涡轮系统促动器。

[0033] 在另一个实施例中，所述代码包括用于进行下者的指令：

[0034] 接收轴输出参数，以及基于所述涡轮运行参数、所述发电机运行参数和所述轴输出参数来对所述至少一个燃气涡轮运行边界建模。

[0035] 在另一个实施例中，所述代码包括用于进行下者的指令：

[0036] 对接收自燃气涡轮系统的传感器数据应用卡尔曼滤波器，以调节燃气涡轮系统运行行为的模型。

[0037] 在另一个实施例中，用于接收所述发电机运行参数的指令包括用于使用发电机传感器来接收所述发电机运行参数的指令，其中，所述发电机传感器设置在发电机中。

[0038] 在另一个实施例中，用于对所述至少一个燃气涡轮运行边界建模的指令包括用于对所述涡轮系统运行参数、所述发电机运行参数或它们的组合应用卡尔曼滤波器的指令。

附图说明

[0039] 当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面与优点将变得更好理解，在附图中，相同符号在所有图中表示相同部件，其中：

[0040] 图1是适于基于模型和仿真的控制的、包括控制器的工业控制系统的实施例的框图；

[0041] 图2是包括图1的系统的基于模型和仿真的控制系统的实施例的框图；以及[0042] 图3是适于对图1的系统实现基于模型和仿真的控制的工艺的实施例的流程图。

具体实施方式

[0043] 下面将对本发明的一个或多个具体实施例进行描述。为了致力于提供对这些实施例的简明描述，可能不会在说明书中对实际实现的所有特征进行描述。应当理解，当例如在任何工程或设计项目中开发任何这种实际实现时，必须作出许多对实现而言专有的决定来实现开发者的具体目标，例如符合与系统有关及与商业有关的约束，开发人员的具体目标可根据不同的实现彼此有所改变。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂和耗时的，但尽管如此，对具有本公开的益处的普通技术人员来说，这种开发工作将是设计、生产和制造的例行任务。

[0044] 当介绍本发明的各实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意于表示存在一个或多个该元件。用语“包括”、“包含”和“具有”意于为包括性的，并且表示除了列出的元件之外，可存在另外的元件。

[0045] 包括在涡轮控制系统中的基于模型的控制(MBC)系统可允许某些涡轮系统(诸如联接到发电机上的燃气涡轮系统)监测实际运行参数或运行行为，以及产生实时运行边界来调整和调节对燃气涡轮系统的控制。但是，MBC也许无法容易地与单轴燃气涡轮系统或类似的工业系统兼容，因为在单传动轴构造中也许无法获得用来调节燃气涡轮系统对总发电机功率输出的功率输出贡献的实时燃气涡轮模型的关键运行参数。用于MBC的估计(例如，非测量)运行参数(诸如燃气涡轮系统点火温度、燃烧器出口温度和燃烧温度升高)的模型精度可经历显著的变化性。目前公开的实施例用估计对传动轴功率输出的所有非燃气涡轮系统贡献的实时运行边界模型来代替燃气涡轮系统的发电机功率输出的测得贡献。通过使用对轴功率输出的贡献的实时估计，可以这样的精度来产生实时运行边界模型，即，该精度使得可显著减小或消除相关MBC控制参数中的估计可变性。如本文所用，“运行边界”可表示一个或多个控制设定点或受控制的性能运行条件，它们用以控制和调整涡轮系统、发电机、及底循环系统或它们的组合，以使它们在期望条件下、在期望运行参数内或在它们的组合中运行。

[0046] 考虑到以上，描述结合了本文公开的技术的功率发生系统的实施例可为有用的，诸如图1中示出的工业功率发生系统10(例如联合循环功率发生系统)。如所描绘的那样，系统10可包括燃气涡轮系统12、发电机14、及底循环系统16和控制器18。燃气涡轮系统12可进一步包括燃烧器20、涡轮22、压缩机26和进口28。燃烧器20可接收燃料，燃料可与空气混合，以在燃烧器20内的室中燃烧。这个燃烧20可产生热的加压排气。然后燃烧器20可通过涡轮22将排气引导向一个或多个排气出口。因而，涡轮22可为转子的一部分。随着排气传送通过涡轮22，气体可迫使涡轮叶片沿着燃气涡轮系统12的轴线旋转传动轴24。如将在下面更详细地论述的那样，传动轴24可联接到系统10的各种构件上，不仅包括燃气涡轮系统12的构件，而且还包括发电机14和及底循环系统16的构件。在某些实施例中，可根据传动轴24来感测或估计运行特性(例如，压力、温度、流率等)，以产生燃气涡轮系统12控制模型，如下面参照图2更详细地描述的那样。

[0047] 传动轴24可包括一个或多个轴，例如，轴可居中地对准。传动轴24可包括将涡轮22连接到压缩机26上而形成转子的轴。类似地，压缩机26可包括联接到传动轴24上的叶片。因而，在涡轮22中的涡轮叶片的旋转会导致将涡轮22连接到压缩机26上的轴使叶片在压缩机20内旋转。这种机构可压缩压缩机20中的空气。在压缩机26中的叶片的旋转可压缩可通过空气进口28而接收到的空气。压缩空气可馈送到燃烧器20，并且与燃料混合，例如，以允许获得较高效率的燃烧。在某些实施例中，燃气涡轮系统12还可产生机械功率来驱动发电机
14产生电功率。

[0048] 燃气涡轮系统12可进一步包括构造成监测与功率发生系统10的运行和性能有关的多个物理和运行参数的许多传感器和现场装置。传感器和现场装置可包括，例如，分别定位在例如涡轮22和压缩机20的入口部分和出口部分附近的入口传感器和现场装置30和出口传感器和现场装置32(例如，压力变送器、温度变送器、流量变送器、燃料传感器、间隙传感器[例如，测量旋转构件和固定构件之间的距离])。虽然未示出，但还应理解的是，发电机14和及底循环系统16还可包括许多传感器和现场装置30和32。入口传感器和现场装置30和出口传感器和现场装置32可测量环境状况。例如，入口传感器和现场装置30和出口传感器和现场装置32可测量环境温度、环境压力、湿度和空气品质(例如，空气中的颗粒)。入口传感器和现场装置30和出口传感器和现场装置32也可为与燃气涡轮系统12的运行和性能有关的发动机参数，诸如，排气温度、转子速度、发动机温度、发动机压力、燃料温度、发动机燃料流量、排气流量、振动、旋转构件和固定构件之间的间隙、压缩机出口压力、污染(例如氮氧化物、硫氧化物、碳氧化物和/或颗粒数)和涡轮排气压力。另外，传感器和现场装置30和
32也可测量促动器信息，诸如阀位置、开关位置、节流阀位置和几何构造可变的构件(例如，空气入口)的几何位置。

[0049] 该许多传感器和现场装置30和32还可构造成监测与燃气涡轮系统12、发电机14和及底循环系统16的各种运行阶段有关的物理参数和运行参数。该许多传感器和现场装置30和32所获得的度量可通过数据总线线路19、21、23、25而传输，数据总线线路可通信联接到控制器18上。如将更详细地论述的那样，控制器18可使用度量来计算和产生模型，以主动地控制燃气涡轮系统12、发电机14和及底循环系统16中的一个或多个。

[0050] 另外，传感器和现场装置30和32可感测度量，以及将度量传输到控制器18。例如，数据总线线路19可用来传输来自压缩机26的度量，而数据总线线路21可用来传输来自涡轮22的度量。要理解的是，可使用其它传感器，包括燃烧器20传感器、进口28传感器、排气和负载传感器。同样，可使用任何类型的现场装置，包括“智能”现场装置，诸如Fieldbus Foundation现场装置，Profibus现场装置或Hart现场装置和/或无线Hart现场装置。

[0051] 如前面提到的那样，在某些实施例中，系统10还可包括及底循环系统16。及底循环系统16可通过传动轴24而以机械的方式联接到发电机14和燃气涡轮系统12上，以及通过控制器18而通信联接到发电机14和燃气涡轮系统12上。及底循环系统16还可对发电机14的功率(例如，电功率)输出作出贡献。因而，及底循环系统16可为构造成将本来可能被浪费的热能(例如，燃气涡轮系统12的排气能)转换成例如可用来驱动发电机14的额外的功率的任何系统。例如，及底循环系统16可为兰金循环、布雷顿循环，或者其它类似的蒸汽驱动式功率(例如，机械功率和电功率)发生系统。

[0052] 在某些实施例中，及底循环系统16可包括热回收蒸汽发生器(HRSG)33、蒸汽涡轮系统34和其它负载系统36。热回收蒸汽发生器(HRSG)33可接收例如来自燃气涡轮系统12的经加热的排气。HRSG 33可使用经加热的排气来加热例如水，以及产生用来对蒸汽涡轮系统34提供功率的蒸汽。蒸汽涡轮系统34可为高压(HP)(例如，大约2000-2400 psi)涡轮38、中压(IP)(例如，大约300-345 psi)涡轮40和低压(LP)(例如，大约30-35 psi)涡轮42的组合，这些涡轮各自可协作地用来通过单个传动轴24驱动发电机14。

[0053] 类似地，其它负载36可包括可对传动轴24的功率输出作出贡献以及(引申开来)对发电机14的功率输出作出贡献的各种机械负载。例如，机械负载可包括各自可用来产生或促进产生功率(例如，机械能或电能)的各种固定的和旋转的装备，诸如额外的涡轮、发电机、负载压缩机等。在某些实施例中，及底循环系统16的构件(例如，蒸汽涡轮系统34、其它负载36)的功率输出可用来产生轴贡献模型(SCM)，以估计及底循环系统16对单个传动轴24的功率输出的贡献。

[0054] 如上面提到的那样，系统10可包括控制器18。控制器18可适于产生和实现多种控制模型和仿真，以估计单个传动轴24的输出功率。控制器18还可提供操作者接口，通过操作者接口，工程师或技术员可监测功率发生系统10的构件，诸如，燃气涡轮系统12和及底循环系统16的构件。因此，控制器18可包括可用于处理可读和可执行的计算机指令的处理器，以及可用来存储可读和可执行的计算机指令和其它数据的存储器。这些指令可编码在存储在有形的非暂时性计算机可读介质(诸如控制器18存储器或其它存储装置)中的程序中。在某些实施例中，控制器18可容纳各种工业控制软件，诸如人机界面(HMI)软件、制造执行系统(MES)、分布式控制系统(DCS)和/或监督控制和数据采集(SCADA)系统。控制器18另外可支持一个或多个工业通信(例如，有线或无线)协议，诸如，Foundation Fildbus或Hart和/或无线Hart。例如，控制器18可支持GE能源GE ControlST，它们可对各种现场装备和装置分派和分配配置工具和类似的控制数据。

[0055] 因而，控制器18可通信联接到装置数据总线和总线线路19、21、23和25上，装置数据总线和总线线路可允许在控制器18和入口传感器和现场装置30和出口传感器和现场装置32、燃气涡轮系统12和及底循环系统16之间进行通信。实际上，控制器18可支持能够运行和支持各种软件应用程序和系统以及管理可包括为控制器18的一部分的各种硬件(例如处理器、存储装置、网关、可编程逻辑控制器[PLC]等等)的一个或多个操作系统。例如，在某些实施例中，控制器18可支持一个或多个实时的基于模型的控制系统和算法，诸如燃气涡轮系统模型50和轴贡献模型(SCM)52。

[0056] 因此，图2描绘图1的系统10的控制器18，包括前面论述的控制模型(例如燃气涡轮模型50、SCM 52)。如上面关于图1所提到的那样，燃气涡轮系统12可通过单个传动轴24而以机械的方式联接到发电机14上。同样，及底循环系统16也可通过单个传动轴24而以机械的方式联接到发电机14上。因而，燃气涡轮系统12和及底循环系统16可共同对发电机14的总输出功率55作出贡献。有利地，可基于通过卡尔曼滤波器48或其它估计技术(例如，线性二次估计、Riccati估计)而接收到的感测和估计的运行参数来产生燃气涡轮系统模型50和轴贡献模型(SCM)52，以主动地控制功率发生系统10。

[0057] 在某些实施例中，控制器18可接收和分析燃气涡轮系统12和及底循环系统16的、通过一个或多个卡尔曼滤波器48而处理的感测和估计出的功率输出。应当理解，卡尔曼滤波器48可实现为硬件、软件或它们的组合。卡尔曼滤波器48可各自包括一组数学方程和计算，以通过实现一个或多个递归函数来高效且准确地估计电功率发生工艺的状态。例如，卡尔曼滤波器48可各自接收指示来自各种传感器(例如，传感器和现场装置30和32)的测得的燃气涡轮系统12运行参数或运行行为和从一个或多个模型(例如，燃气涡轮系统模型50、SCM 52)中输出的估计运行参数之间的差异的信号(作为输入)。

[0058] 卡尔曼滤波器48还可各自包括卡尔曼滤波器增益矩阵(KFGM)，该矩阵可为表示估计参数的模型对模型性能乘数的变化的不确定性加权灵敏度的数量的阵列。卡尔曼滤波器48各自可使用供应输入来产生性能乘数，应用性能乘数来调节模型(例如，燃气涡轮模型
50、SCM 52)，以及提高估计燃气涡轮12运行参数的精度。可通过数学方程的正方形阵列(例如，3×3，4×4，6×6)或非正方形阵列(例如，4×6或6×4)来计算卡尔曼滤波器48的卡尔曼滤波器增益矩阵(KFGM)。数学方程可进一步包括(作为输入)模型灵敏度矩阵(MSM)和模型和测量不确定性的估计。可通过燃气涡轮系统模型50的扰动和评价来在线实时地计算卡尔曼滤波器48的MSM。卡尔曼滤波器48可优化乘数值，以最大程度地减小估计运行参数和测得的运行参数之间的差异。例如，燃气涡轮系统模型50可适应实际燃气涡轮系统12的变化的效率、燃料、流量和其它参数。由卡尔曼滤波器产生的输出性能乘数使燃气涡轮系统模型50适于较好地匹配燃气涡轮系统12的测得参数。尽管如此，应当理解的是，卡尔曼滤波器48可不仅仅依赖于传感器度量，而是可使用SCM 52所产生的精确的估计模型来对燃气涡轮系统
12执行实时调节。

[0059] 另外，可实时地计算卡尔曼滤波器48的MSM和KFGM，这可允许卡尔曼滤波器48适应可用的传感器的数量和可用来与模型(例如，SCM 52)的估计输出参数59比较的测得的输出参数57的类型的变化。在由于例如传感器失效而无法再测量燃气涡轮系统12和/或及底循环系统16的一个或多个运行参数的情况下，可将卡尔曼滤波器48修改成处理测得的运行参数的损失，并且可基于燃气涡轮系统12和/或及底循环系统16的模型运行边界来继续产生性能乘数。仍然，在模型(例如，SCM 52)可变得不精确或不正确的情况下，卡尔曼滤波器48可在控制系统内进行调整，或者实时地重新构造，以调整模型(例如，SCM 52)，以反映对燃气涡轮系统12的运行参数或运行行为的调整。

[0060] 如前面论述的那样，控制器18可使用和/或产生燃气涡轮系统模型50和轴贡献模型(SCM)52来估计燃气涡轮系统12和及底循环系统16对单个传动轴24的总功率输出55的贡献。在某些实施例中，燃气涡轮系统模型50可包括自适应式实时发动机仿真(ARES)和基于模型的控制(MBC)。例如，燃气涡轮系统模型50(例如，ARES和MBC)可对燃气涡轮系统12的一个或多个运行参数(例如，压缩机26出口温度、压力、流率等)实时地建模。燃气涡轮系统模型50可通过一个或多个卡尔曼滤波器48来接收燃气涡轮系统12的实时运行参数的输入。燃气涡轮系统模型50接收到的运行参数的实时输入可包括，例如，涡轮22和压缩机26出口压力、温度、排气能(例如，空气流量、温度和燃料成分的组合)，以及燃气涡轮系统12的功率输出。然后燃气涡轮系统模型50接收到的运行参数的实时输入可输出(例如，输出参数57)到轴贡献模型(SCM)52，轴贡献模型52可包括及底循环性能(BCP)模型54(例如，基于及底循环系统16的运行参数或运行行为)和其它负载模型56(例如，基于其它负载系统36的运行参数或运行行为)。SCM 52然后可产生燃气涡轮系统12的模型运行边界。特别地，SCM 52可基于接收自燃气涡轮系统模型50的实时运行参数来产生对燃气涡轮系统12功率输出59贡献的估计。

[0061] 类似地，除了接收自燃气涡轮系统模型50的实时运行参数，SCM 52还可通过一个或多个卡尔曼滤波器48来接收实时及底循环系统16运行参数的输入。再次，SCM 52接收到的运行参数的实时输入可包括，例如，蒸汽涡轮系统34、其它负载系统36和可包括在及底循环系统16中的类似的工业机器的压力、温度、流率、排气等。SCM 52还可接收单个传动轴24以及(引申开来)发电机14的另外的运行参数(例如，速度、扭矩等)。因而，接收自燃气涡轮系统模型50、及底循环系统16和发电机14的实时运行参数的加总可表示单个传动轴24的总功率输出55。因此，SCM 52可产生通过基于接收自燃气涡轮系统模型50和及底循环性能(BCP)模型54两者和其它负载模型56的运行参数来计算发电机14输出(即，单个传动轴24的总功率输出55，包括燃气涡轮系统12和及底循环系统16的功率输出贡献)和SCM 52模型或估计输出58之间的差异而估计或推测的模型。也就是说，可用发电机14功率输出(例如，传动轴24的总功率输出55)减去由SCM 52估计的功率输出58(例如，BCP模型54和其它负载模型56的功率输出)，以产生估计或推测的燃气涡轮系统12功率输出59。然后估计的燃气涡轮系统12功率输出59可输入到燃气涡轮系统模型50。然后燃气涡轮系统模型50可经由一个或多个卡尔曼滤波器48，通过产生用以控制例如传动轴24的速度和扭矩的促动器输出来实时地、连续地、可控地调节燃气涡轮系统12。特别地，燃气涡轮系统模型50可通过比较接收到的估计燃气涡轮系统12功率输出59与从燃气涡轮系统12中感测到的相关运行参数(例如，压缩机26出口压力、出口温度、排气温度和仅包括燃气涡轮系统12的贡献的发电机14输出)，来调节燃气涡轮系统12。

[0062] 值得一提的是，在没有目前公开的实施例的情况下，燃气涡轮系统模型50(例如，ARES和MBC)的实现可能使用了几乎专门依赖于压缩机22出口压力、温度、排气温度和发电机14输出(其仅包括燃气涡轮系统12的贡献)的度量来对燃气涡轮系统12执行实时数据减少和控制的一个或多个卡尔曼滤波器48。目前公开的实施例可消除对发电机14功率输出55的度量的依赖，并且可用实时估计的燃气涡轮系统12功率输出59代替该度量，如上面提到的那样，实时估计的燃气涡轮系统12功率输出59可被计算为发电机14总功率输出55和对发电机14总功率输出55有额外贡献的SCM 52估计功率输出58之间的差异。这再次可提供燃气涡轮系统12功率输出59的估计值和模型值，估计值和模型值可输入到燃气涡轮系统模型50，以及用来产生用于主动和实时地控制燃气涡轮系统12的一个或多个促动器输出或控制信号。

[0063] 现在转到图3，介绍了示出工艺60的实施例的流程图，工艺60可用来通过使用例如包括在图2中描绘的功率发生系统10中的控制器18来产生燃气涡轮系统模型50和轴贡献模型(SCM)52。工艺60可包括存储在非暂时性的机器可读介质(例如存储器)中且由例如包括在控制器18中的一个或多个处理器执行的代码或指令。工艺60可始于控制器18接收(框62)燃气涡轮系统12运行参数。如前面论述的那样，控制器18的燃气涡轮系统模型50可通过一个或多个卡尔曼滤波器来接收燃气涡轮系统12的感测运行参数。类似地，控制器18可接收(框64)发电机14的运行参数(例如，速度、扭矩等)。仍然类似地，控制器18可接收(框66)其它轴(例如及底循环系统16)运行参数。然后工艺60可继续对接收到的运行参数建模。例如，控制器18可对一个或多个燃气涡轮系统12运行边界建模(框68)，以及对一个或多个轴贡献(例如SCM 52)运行边界建模(框70)。然后可使用燃气涡轮系统12输出来更新(框70)控制器18的SCM 52。例如，SCM 52可从燃气涡轮系统模型50接收燃气涡轮系统12的运行参数57。然后SCM 52可使用接收的燃气涡轮系统12运行输出参数57来估计燃气涡轮系统12对传动轴
24的总功率输出55的贡献。估计的燃气涡轮系统12输出59然后可输出到燃气涡轮系统模型
50，其中，可使用估计或计算出的发电机14贡献和其它轴输出贡献来更新(框76)燃气涡轮系统模型50。然后可基于更新的燃气涡轮系统模型50来调整(框78)燃气涡轮系统12控制效应器(effector)。例如，燃气涡轮系统模型50可产生一个或多个促动器控制信号，以控制例如传动轴24的速度和扭矩，以及(引申开来)控制燃气涡轮系统12。

[0064] 公开的实施例的技术效果包括产生实时燃气涡轮系统模型和轴贡献模型(SCM)，它们可包括及底循环性能(BCP)模型和其它负载模型。用对总功率输出的估计燃气涡轮系统贡献代替燃气涡轮系统对发电机的总功率输出的测得贡献。因此，燃气涡轮系统对发电机的总功率输出的估计贡献可被计算为发电机的总功率输出和来自实时轴功率贡献模型(SCM)的功率输出之间的差异。SCM可包括接收自燃气涡轮系统模型的实时运行参数，以及及底循环系统的实时运行参数，以产生除了燃气涡轮系统的贡献之外，对发电机的总功率输出的额外贡献的估计。

[0065] 本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。